發射小衛星群充當「導星」,可增加巨型太空望遠鏡穩定性

作者 | 發布日期 2019 年 01 月 07 日 12:52 | 分類 天文 , 尖端科技 , 航太科技 follow us in feedly


新一代太空望遠鏡如詹姆斯‧韋伯望遠鏡,主鏡分割成多片,可在太空展開變成巨大觀測台,但一大挑戰是如何讓多片鏡面穩定、集中觀測同一系外行星系統。麻省理工學院科學家現在提出發射小衛星充當導引星的新方法,能在增加太空望遠鏡穩定性的同時,大幅降低建置成本。

於去年 10 月退役的克卜勒太空望遠鏡幫助我們發現上千顆系外行星,接班人凌日系外行星巡天衛星(TESS)於去年 4 月升空,並在 9 月傳回首批圖像,往後將發現更多未知的世界。

但找到行星後,我們需要使用其他更強、更大的望遠鏡來分析相關資訊如行星的組成元素、大氣成分等,比如 NASA 即將推出(以及不斷延遲)的哈伯太空望遠鏡接班人:詹姆斯‧韋伯太空望遠鏡(James Webb Space Telescope),它擁有一個直徑 6.5 公尺、分割成 18 面鏡片的主鏡,發射至太空並就定位後,就會展開變成超巨大望遠鏡,放置於太陽─地球的第二拉格朗日點(L2),進行各種觀測。

詹姆斯‧韋伯太空望遠鏡之後,預計更新一代的太空望遠鏡直徑將達 15 公尺,鏡面可能分割成 100 多片。

▲ 太陽─地球的第二拉格朗日點位於地球面對太陽的背後 150 萬公里處。(Source:歐洲太空總署

但這種分割鏡面望遠鏡在觀測時有一大挑戰:如何讓多個鏡面穩定指向同一系外行星系統。為了辨識明亮恆星周圍微弱的行星反射光,望遠鏡搭載日冕儀(coronagraph)進行遮光處理,但萬一多段鏡面無法維持穩定,導致遮光角度稍有偏差,讓干擾誤差超過 10 皮米,日冕儀就無法完美遮擋恆星光芒以看到行星反射光,換句話說,可能不容易辨識光來自恆星本身還是行星反射,影響行星特徵的測量結果。

加上詹姆斯‧韋伯太空望遠鏡又不像哈伯望遠鏡一樣位於低地軌道,後者故障了還可以派太空人去修理,但前者位於地球面向太陽的背後 150 萬公里處,不可能頻繁派遣修理人員,因此麻省理工學院工程師提出一種辦法,用來穩定這些研究系外行星的太空望遠鏡:另外發射一群小型衛星(大概鞋盒大小),提供穩定、明亮的雷射光充當導引星(guide star),幫助望遠鏡校準系統。

導引星將坐落離望遠鏡數萬公里之外,可視為一顆「假星」,當望遠鏡晃動而發生日冕儀校對偏差時,導引星便發射雷射光到望遠鏡鏡面,每面鏡子再將雷射光反射到機載相機,使其偵測到光線變化並快速更正調整。

麻省理工學院研究員 Ewan Douglas 表示,這種方法已可透過現有技術辦到,且能大幅降低大型鏡面分割太空望遠鏡的建置成本。 新論文發表在《天文學》期刊。

(首圖來源:麻省理工學院

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